Учени от катедрата по химия на Московския държавен университет откриха нов начин за ефективно извличане на уранови съединения от отработеното ядрено гориво.
Това ще помогне за намаляване на рисковете, свързани с изхвърлянето на радиоактивни материали.
Резултатите от изследването, проведено в рамките на Националния проект „Наука и университети“ и подкрепено от грант от руското Министерство на образованието и науката и грант от Руската научна фондация, са публикувани в списанието „Неорганична химия“.
Развитието на ядрената индустрия донесе на човечеството не само най-енергоемкия вид гориво, но и рисковете, свързани с използването и изхвърлянето на радиоактивни материали. Основният процес в ядрения реактор е бомбардирането на изотопа на уран-235 с неутрони.
В резултат на това ядрото се разделя на по-малки части и освобождава няколко неутрона, които по-нататък участват в реакцията на делене. Тези. реакцията придобива лавинообразен характер.
При спиране на реактора отработеното ядрено гориво (ОЯГ) съдържа радионуклиди с различна степен на активност. Някои от тях могат да бъдат премахнати и използвани повторно, други трябва да бъдат правилно изхвърлени, за да не навредят на околната среда. Сега учените и технолозите са изправени пред задачата да разработят не само икономически изгоден, но и безопасен метод за преработка на ОЯГ. И затова такава работа се подкрепя приоритетно от националния проект „Наука и университети“.
Екип от служители на катедрите по радиохимия, органична и физическа химия на Химическия факултет на Московския държавен университет създаде нова версия на съединението на базата на фенантролин за извличане на уран от отработено ядрено гориво чрез екстракция. Учените са демонстрирали високия капацитет на предложения лиганд за уран. Може да се сравни с екстрагентите, които се използват в промишлеността.
В Русия преработката на ядрено гориво се осъществява по схемата за затворен ядрен горивен цикъл: „След като отработеното гориво бъде извадено от реактора, от него се отделят уран и плутоний, за да се използват отново като източник на енергия. В допълнение към тези два елемента се възстановяват различни силно активни елементи (напр. америций и кюрий). Това е необходимо, за да се погребват отпадъци с по-малко радиоактивност, – казва един от авторите на работата, служител на катедрата по радиохимия на Химическия факултет на Московския държавен университет Светлана Гуторова. „Уранът, който получаваме от отработеното ядрено гориво, съдържа по-активен изотоп 235 от естествените проби, което ни позволява да го използваме допълнително с по-ниски разходи за обогатяване.“
Сега за преработката на уран и плутоний предприятията използват технологията PUREX: първо те се извличат от горивото и след това се разделят с помощта на редокс реакция в смес от водна и органична фази. Това не е много удобно, тъй като много елементи, които са в ОЯГ, могат да бъдат окислени и редуцирани. Следователно те също преминават през фазите заедно с урана и плутония. Затова изследователите се опитват да намерят други механизми и схеми за изолиране на тези елементи.
Една такава алтернатива е процесът GANEX. Технологията е двустепенна: на първия етап уранът се извлича селективно от горивото, а след това второстепенните актиниди се извличат от разтвора на азотната киселина на ОЯГ. Ключът към успеха е изборът на селективни екстракционни агенти с висок капацитет.
Преди това учени от Химическия факултет на Московския държавен университет предложиха съединение на основата на фенантролин, съдържащо азот полициклично съединение, като такъв екстрагент. Сега обаче изследователите решиха да преминат от лабораторни модели на гориво (с концентрация на уран 10-7-10-3 mol/l) към технологични (1 mol/l) и разкриха нова характеристика на получения уранов комплекс. „Открихме интересен факт – такива съединения могат да „уловят“ макро количества уран, докато всяка единица от екстрагента е в състояние да прикрепи 2 единици уран. Една от частиците на урана се намира в катионната (положително заредена) част на комплекса, другата в анионната (отрицателно заредена) част. Това не се случва при по-ниски концентрации на уран в моделни проби и никоя от научните групи не е наблюдавала подобен ефект преди“, обяснява авторът на статията.
Учените продължават изследванията в областта на комплекси с подобна структура. Една от основните задачи е разширяването на гамата от съединения с висок уранов капацитет. Освен това авторите на работата планират да решат два проблема едновременно. С помощта на полученото съединение изследователите ще се опитат не само да извлекат селективно уран и плутоний от отработеното ядрено гориво, но и да ги разделят.
